周 艷，王洪斌 ，梁 平

(貴州省黔東南自治州氣象臺，貴州 凱里 556000)

黔東南一次罕見冬季暴雨天氣過程水汽分析

周 艷，王洪斌 ，梁 平

(貴州省黔東南自治州氣象臺，貴州 凱里 556000)

2010年12月11—12日黔東南州出現(xiàn)有氣象記錄以來最晚的暴雨天氣，這次過程出現(xiàn)的時間突破歷史記錄。由于過程出現(xiàn)在冬季，預(yù)報員受限于季節(jié)因素，預(yù)報中降水量級只考慮到大雨的量級。事實上，此次過程黔東南州有15縣(市)95鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨。在冬季產(chǎn)生如此大范圍的強降水，與亞歐中高緯一槽一脊，經(jīng)向度加大的環(huán)流背景和較強的水汽條件密切相關(guān)。鑒于此，該文利用區(qū)域自動站小時雨量資料、全省歷史氣象資料、Micaps常規(guī)資料，采用Micaps分析平臺，對此次罕見冬季暴雨過程的水汽條件進行診斷分析，結(jié)果表明：低空急流、低層切變輻合是形成此次冬季暴雨的主要大尺度系統(tǒng)，低空急流帶動充沛水汽在暴雨區(qū)輻合及低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)為暴雨的形成提供了有利條件。

暴雨;冬季;水汽;診斷分析

1 引言

貴州暴雨天氣主要出現(xiàn)在夏季，春季、秋季次之，冬季以干旱少雨天氣為主。對于形成暴雨的三大因素之一的水汽，許多學(xué)者對貴州及貴州周邊省份夏季、春季、秋季暴雨的水汽來源、輸送等做了大量研究［1-7］，郁淑華等［1］研究一次華西秋季大暴雨的水汽分析認識到在對流層有較強的水汽輻合，暴雨發(fā)生在深厚的水汽層內(nèi)且低層有較強的水汽輻合中產(chǎn)生的，暴雨強度的變化與對流層中上部印度洋水汽輸送到(撤離)高原上空對華西暴雨發(fā)展(減弱)有指示意義;段旭等［3］研究滇西南秋季暴雨的中尺度分析表明：副高外圍大尺度西南氣流環(huán)境場為暴雨的發(fā)生提供了充沛水汽來源;萬雪麗［7］研究低空急流對貴州夏季暴雨的作用分析得出貴州夏季暴雨的產(chǎn)生都伴有低空急流，且低空急流下產(chǎn)生的暴雨不要求中低層風(fēng)的輻合，但700 hPa、850 hPa有2個水汽通量散度大值中心。由于冬季暴雨較罕見，目前為止仍沒有學(xué)者對貴州冬季暴雨的水汽條件進行研究。因此本文以2010年12月11日—12月12日貴州南部、東南部罕見冬季暴雨為例，使用診斷分析對這次冬季暴雨的水汽進行較為細致的分析，以揭示這次冬季暴雨的水汽源及水汽聚散情況，從而增強對冬季貴州南部暴雨成因方面的認識，為今后冬季暴雨預(yù)報提供有益的思路。

2 暴雨概況

2010年12月11日17時—12日17時貴州出現(xiàn)歷史罕見的冬季暴雨，根據(jù)貴州省區(qū)域自動站監(jiān)測顯示，暴雨主要集中在貴州東南部黔東南境內(nèi)，黔東南州有214站降雨量級在大雨以上，其中，清水江流域， 陽河流域中部普降暴雨，錦屏、天柱、劍河、黎平、三穗、雷山、丹寨、麻江、榕江、凱里、施秉、鎮(zhèn)遠、臺江、岑鞏、黃平15縣(市)共95鄉(xiāng)鎮(zhèn)降暴雨(圖1)，天柱縣城降水78.3 mm為全州最大。

統(tǒng)計全省84站歷年12月日降雨量(圖2)分析表明：歷史上1970年12月2日全省曾出現(xiàn)26站次大雨量級以上降水，最大降雨量為臺江34.4 mm;其次是1961年12月15日出現(xiàn)22站次的大雨以上降雨天氣，安順、晴隆降暴雨，降雨量分別是60.6 mm、51.4 mm。本次暴雨天氣，全省84個7要素自動站(11日20時—12日20時)有37站次降雨量大于25 mm，天柱、錦屏降暴雨，降雨量分別為71.3 mm、63.8 mm。因此認為，此次冬季大范圍暴雨天氣過程在貴州省是比較罕見的，對于黔東南州而言，則是有氣象記錄來歷史同期的首次區(qū)域性暴雨，屬于極端天氣事件。

從黔東南州16站歷年12月份最大日降雨量與此次過程的日降雨量對比(圖3)可知：全州共有12縣(市)日降雨量突破歷史極值，除黃平降雨量與歷史極值相差較大外，黎平、榕江、從江降雨量也接近歷史極值。

圖3 黔東南州歷年12月份日最大降雨量及2010年12月11日20時—12日20時降雨量對比

此次暴雨過程，降雨持續(xù)時間長、雨強較小(小時降雨量最大為天柱11.9 mm/h)，加上前期各地降雨持續(xù)偏少，沒有洪澇災(zāi)害及滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害?？偟膩碚f，此次暴雨天氣是一場喜雨，不僅改善了土壤墑情，而且補充了水庫、山塘、水窖的蓄水量。

3 環(huán)流背景及影響系統(tǒng)分析

12月9日08時—10日20時亞歐中高緯度500 hPa為一槽一脊型。烏拉爾山附近為明顯的高壓脊，其以東地區(qū)至鄂霍次克海維持著一強大的低壓，低壓中心穩(wěn)定在貝加爾湖東北部。北支鋒區(qū)位于新疆北部至華北地區(qū)，10日在北支鋒區(qū)上有一低槽東移越過110°E，槽底向南伸展到35°N，有利于引導(dǎo)地面冷空氣南下。11日08時—12日08時烏拉爾地區(qū)高壓脊增強為一閉合的穩(wěn)定高壓系統(tǒng)(圖4)，貝加爾湖以東地區(qū)低氣壓增強，低渦中心移到我國東北地區(qū)，低渦槽底伸至30°N，槽后增強的西北氣流帶動較強冷空氣經(jīng)兩湖影響我省。在中低緯度，有一次南支槽建立、東移、槽前西南暖濕氣流輸送增強并影響貴州的過程。南支槽10日位于80°E附近，11日20時東移至90°E。同時貴州上空500 hPa由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西南風(fēng)，溫度露點差11日08時—20時之間迅速減小，表明槽前暖濕氣流趨于活躍。貴州處于南支槽前西南波動氣流控制中，強的西南氣流將孟加拉灣水汽源源不斷向貴州輸送。

圖4 2010年12月11日08時500 hPa天氣圖

在500 hPa高原南支低槽頻繁活動的同時，700 hPa上，9日08時貴州中低空轉(zhuǎn)為高壓脊后西南氣流。10日20時云南、貴州、湖南的西南氣流逐漸增強為西南急流，貴陽以南SW風(fēng)≥12 m/s，11日20時SW風(fēng)繼續(xù)增大，并且貴州東部至湖南西部、貴州中北部有明顯風(fēng)速輻合，四川南部—云南中部有西南低渦活動，貴州主要受西南急流影響，12日08時貴陽及以南地區(qū)SW風(fēng)增大，風(fēng)速≥20 m/s。850 hPa上前期貴州一直受偏南氣流影響，10日08時—20時，有切變線進入貴州，并入貴州南部。貴州低空從S風(fēng)4 m/s轉(zhuǎn)為NE風(fēng)6 m/s，表明低層切變在10日白天影響了貴州北部和中部地區(qū)。11日08時，位于貴州南部的切變線維持，但百色及河池低空從10日20時的SW風(fēng)8～10m/s轉(zhuǎn)為11日08時的SE風(fēng)4 m/s，可見在貴州和廣西之間有冷暖切變共同存在，該區(qū)域是低層輻合最強的區(qū)域。另外，降水過程中12日08時850 hPa低空急流建立，廣西北部最大風(fēng)速達到14 m/s，湖南北部到貴州南部出現(xiàn)明顯的低渦切變區(qū)，由于該輻合長時間維持，在500 hPa西南暖濕氣流的影響下，造成貴州東南部地區(qū)的暴雨。這次暴雨天氣中，低空急流建立在降水過程中，而不是在降水開始前，這與前人的研究［1-7］是有明顯區(qū)別的。在地面圖上，12月10日20時在云南—貴州之間存在準(zhǔn)靜止鋒，貴州受靜止鋒后偏北氣流影響，冷鋒位于江淮—重慶—四川南部。11日02時—12日20時冷鋒南壓影響貴州。

可見此次過程是在亞歐中高緯度為一槽一脊，經(jīng)向度加大的背景下發(fā)生的。由于南支槽的建立，西南暖濕氣流的增強，西南低空急流的建立，為這次暴雨的發(fā)生提供了水汽、動力和熱力條件。

4 充足的水汽來源

4.1 水汽通量分析

水汽通量能反映水汽流向及水汽流量的大小。由于此次過程與西南氣流的增強和低空急流的建立有關(guān)，因此本文重點分析700 hPa和500 hPa的水汽通量對此次過程的貢獻。

700 hPa水汽通量及風(fēng)場分析顯示：10—11日云南、貴州、湖南的西南氣流逐漸增強，并形成急流，貴陽以南SW風(fēng)≥12 m/s，貴州中南部水汽通量為8～10g·(hPa·s·cm)-1;11日20時SW風(fēng)繼續(xù)增大，貴陽SW風(fēng)增大至20m/s，貴州主要受西南急流影響，貴州中南部水汽通量為10～14 g·(hPa·s·cm)-1(圖5 a);12日08時急流范圍不斷擴大，急流軸呈東北西南向，中心風(fēng)速達到30m/s，貴陽以南地區(qū)SW風(fēng)≥20 m/s，此時水汽通量大值中心區(qū)與急流軸方向一致，貴州大部水汽通量達到13～20 g·(hPa·s·cm)-1(圖5 b)。這樣的水汽已達到夏季暴雨所需水汽條件。西南急流的建立、增強，為本次暴雨的發(fā)生提供了大量水汽和位勢不穩(wěn)定條件。

500 hPa水汽通量圖上(圖6)，暴雨開始前(12月10日8時—11日8時)104°E以西地區(qū)500 hPa偏西氣流轉(zhuǎn)為南支槽前西南氣流，將孟加拉灣的水汽輸送到了長江以南地區(qū)，在云南中部有一水汽通量大值中心，中心值≥10 g·(hPa·s·cm)-1，黔東南上空為西北偏西氣流，水汽通量為3～5 g·(hPa·s·cm)-1。暴雨過程中，南支槽東移至90°E，貴州上空西南氣流由11日08時22 m/s增強到12日08時36 m/s，西南暖濕氣流將孟灣充沛的水汽源源不斷地向貴州輸送，黔東南上空水汽通量增大到7～9 g·(hPa·s·cm)-1。12月13日08時，南支槽東移至102°E，受槽后西北氣流影響，水汽輸送截斷，黔東南上空降雨趨于結(jié)束。由500 hPa水汽通量可看出：暴雨區(qū)500 hPa的水汽的輸送和增大，與南支槽的東移、槽前西南暖濕氣流輸送增強密不可分。

4.2 水汽通量散度分析

對流層低層源源不斷的水汽輸送，配合強的水汽輻合，會更有利于暴雨的形成與持續(xù)。因此將這次暴雨過程中對流層低層水汽通量輻合(散)情況分析如下：

850 hPa水汽通量散度(圖7)的變化是：在暴雨開始前(12月11日08時)(圖7 a)，貴州、云南、湖南、四川、重慶區(qū)域上空為負值區(qū)，即水汽通量輻合區(qū)，并且四川東南部—貴州西北部有＜-11×10-10g·(hPa·s·cm2)-1(以下簡稱單位，1單位為1×10-10g·(hPa·s·cm2)-1)的水汽輻合中心，貴州東南部-1～-6個單位的水汽通量輻合區(qū)。暴雨強盛時(12月11日20時)(圖7 b)，整個長江及以南區(qū)域上空為負值區(qū)，＜-11個單位的水汽通量散度負值區(qū)域比暴雨開始前明顯擴大，黔東南地區(qū)上空為-6～-9個單位的水汽通量輻合區(qū)。暴雨結(jié)束時具體時間(圖略)，雖然貴州上空仍為水汽輻合區(qū)，但水汽通量散度負值區(qū)域明顯縮小。由上述分析可看出，暴雨區(qū)及其周圍上空850 hPa水汽通量散度的變化與暴雨變化是一致的，暴雨的形成、加強與暴雨區(qū)上空850 hPa的水汽通量輻合區(qū)的變化密切相關(guān)。

700 hPa水汽通量散度的變化是：在11日08時(圖8 a)貴州區(qū)域為水汽通量散度＞2個單位的水汽通量散度正值區(qū)。12月11日20時(圖8 b)，貴州大部上空有強的水汽通量散度負值區(qū)，強水汽輻合中心在黔東南中南部，中心值＜-12個單位。暴雨減弱時(12月12日20時)，水汽通量散度正值區(qū)明顯增大，整個貴州地區(qū)上空為水汽散度正值區(qū)控制。說明在這次暴雨過程中，暴雨的形成、加強、減弱與700 hPa水汽通量散度變化密切相關(guān)。

5 動力機制分析

5.1散度

沿暴雨中心(26.5°N ，109°E)附近作散度場的高度時間剖面圖(圖略)可以發(fā)現(xiàn)，低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)開始于11日08時—13日08時，在11日20時這種低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)最明顯，對應(yīng)該時段前后為降水強度較大的時間段。11日08時、13日08時雖然也存在低層輻合，但是輻散層較低，僅到700 hPa附近，因此在11日08時、13日08時這兩個時間段雖然有降水，但降水較小。

5.2 垂直速度

垂直速度是上升運動強弱的直接反映。從暴雨中心垂直速度高度時間剖面圖(圖略)中可直接看到，在這次暴雨天氣過程中，在11日08時—13日08時出現(xiàn)了上升運動，上升運動主要位于地面至150 hPa之間，最大上升運動層位于500 hPa附近，垂直速度≤-26×10-4m/s，時間是在11日20時，與強降水中心出現(xiàn)時間一致。13日上升運動由上升變?yōu)橄鲁?，強降雨結(jié)束。由此可見，低空急流帶來的大量水汽在中、低層切變輻合的擾動下，造成強烈的上升運動，最后形成強降水。

圖8 2010年12月11日08時(a)、11日20時(b)700 hPa水汽通量散度

6 小結(jié)

①2010年12月11—12日貴州省黔東南州出現(xiàn)的大范圍暴雨天氣，是黔東南州有氣象記錄以來的首次冬季區(qū)域性暴雨，并有12縣市日降雨量突破歷史同期極值，屬于極端天氣事件。

②此次天氣過程是在亞歐中高緯度為一槽一脊，經(jīng)向度加大的背景下發(fā)生的。由于南支槽的建立，西南暖濕氣流的增強，西南低空急流的建立，為這次暴雨的發(fā)生提供了水汽、動力和熱力條件。

③700 hPa和500 hPa西南暖濕氣流長時間的維持、增強，將來源于孟加拉灣的充沛水汽不間斷地輸送到暴雨區(qū)，配合強的水汽輻合，更有利于暴雨的形成與持續(xù)。

④低層輻合高層輻散的抽吸效應(yīng)為對流運動提供了強大的上升動力，是本次冬季暴雨產(chǎn)生的重要條件。

⑤對于暴雨的預(yù)報，預(yù)報員不應(yīng)受限于季節(jié)的干擾，在有利的天氣形勢下配合充沛的水汽輸送，任何季節(jié)都可以考慮暴雨預(yù)報。

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1003-6598(2011)05-0010-05

2011-03-21

周艷(1982-)，女，助工，主要從事中、短期天氣預(yù)報工作。